합이 같은 두 카드쌍, 곱이 큰 쪽이 더 균형 잡혔을까요?

양수 두 카드의 곱과 ‘작은 값÷큰 값’을 점수로 삼아 비교해요. 두 카드의 합을 같게 고정하면 순위와 동률이 함께 맞지만, 합이 달라지면 두 기준이 다른 승자를 고를 수 있어요.

탁자 위에 뒤집어 쌓은 파란 무늬의 카드 한 묶음

사진: Christian Gidlöf · Public domain · 원본 출처

양수 카드 두 장의 작은 값을m, 큰 값을M이라 해요. P=mM가 큰 쌍이 이기는 게임과 B=m/M가 큰 쌍이 이기는 게임을 비교해요. 모든 쌍의 합이 같은 S>0일 때 승자 순위는 같을까요? 합이 다르면 반례가 가능할까요? 같은 값 두 장도 허용해요.

합10인(1,9),(4,6),(5,5)를 비교하면 곱은9,24,25이고 균형 비는1/9,2/3,1입니다. 이 예의 일치는 우연한 숫자 배열이 아니라 고정 합 조건에서 두 기준이 같은 m의 증가를 읽기 때문이에요.

P(m2)−P(m1)=(m2−m1)(S−m1−m2)>0,0<m1<m2≤S/2.P(m_2)-P(m_1)=(m_2-m_1)(S-m_1-m_2)>0, \quad 0<m_1<m_2\le S/2.

비의 차도 S(m₂−m₁)/[(S−m₁)(S−m₂)]로 양수예요. 그러므로 고정 합에서 두 기준의 엄격한 순위와 동률이 모두 일치해요.

두 기준이 항상 같다고 결론 내리는 학생에게는 합이 다른 반례를 줘요. 곱은 크기와 균형을 함께 반영하지만 작은값/큰값은 공통 배율에 변하지 않아 크기 정보를 지워요. (1,9)와(2,2)는 그 차이를 드러내요.

Denise Gaskins는 같은 카드 게임에 덧셈·곱셈·분수 등 여러 승리 규칙을 붙여요. 원문의 어린이 연산 게임과 별도로, 이 글은 양수 실수와 고정 합이라는 조건에서 두 점수의 순서 관계를 증명하는 고교 문항을 만들었어요. 원문의 과제 수나 효과 표현을 검증된 학습량으로 쓰지 않아요.

교사는 게임에서 승자만 발표하지 않고 “이번 순위가 같은 이유는 무엇인가”를 물어요. 합 조건을 지운 다음에도 남는 주장인지 반례로 검사하면 점수 규칙과 게임 자원의 조건을 함께 읽을 수 있어요.

출처·착안: The Game That Is Worth 1,000 Worksheets. 위 조건·문항·해설은 새로 작성했다.

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